全息投影技术在矿山地质专业教学中的应用研究

摘要：全息投影技术的广泛应用可以很好的解决了呈现模拟动画的三维立体效果，而矿山地质教学的主要内容是讲授掩盖地层下的矿产情况，没有办法直观的展示在学生面前，传统的教学中使用的是微缩的立体模型，虽然可以展示立体内容，但是只能看到表面的情况，内部的构造显示不出来，将全息投影技术应用于矿山地质的教学中，可以实现地层的不同角度的直观展示，对于教学分析地质构造、断失煤层寻找具有非常好的直观认识。

关键词：全息投影;矿山地质;教学应用

引言

全息投影技术是一种三维技术可以很好的应用于展示图形的立体感，可以更加直观的展示出空间形态，观看者可以身临其境，目前已经被应用于电影、医疗、科技、教育等领域，全息立体投影技术可实现对三维世界立体图像的忠实记录和视觉还原，是目前比较收到推崇和欢迎的，也是当代大学生比较喜欢的形式之一，文章围绕全息投影技术在矿山地质专业教学中的应用展开研究。

1全息投影的技术原理

全息投影技术的实现实质是3D技术的一种实现形式，全息立体投影技术通过胶片记录及保存光波相位和振幅信息，三维图像可通过光波信息在展示过程中再现，通过凸透镜使激光光线形成两束平面光线，分别投射在照相底片和被摄物体上，其中被摄物体上反射的光线最终需照到照相底片。在完成冲洗后，原来的亮点可在底片投射原平面激光时还原，而三维空间中的该亮点并非在全息胶片上。全息立体投影技术可通过记录被摄物里透射或反射光波中的全部信息，实现3D 视觉效果。已展示实现的全息投影技术一共分为以下三种：

①空气投影和交互技术，它可以在气流形成的墙上投影出具有交互功能的图像。此技术来源海市蜃楼的原理，将图像投射在水蒸气液化形成的小水珠上，由于分子震动不均衡，可以形成层次和立体感很强的图像。

②激光束投射实体的3D影像，是利用氮气和氧气在空气中散开时，混合成的气体变成灼热的浆状物质，并在空气中形成一个短暂的3D图像。这种方法主要是不断在空气中进行小型爆破来实现的。

③360度全息显示屏，是将图像投影在一种高速旋转的镜子上从而实现三维图像。

另外还有一种利用金字塔形全息膜结构实现全息投影，因为这不能算是真正意义上的全息投影也称为伪全息投影，金字塔是由四个面半透明的塑料片组成的，每个塑料片都是完全相同的等腰梯形，然后与底面成45°放置，从四个面上映射四个分屏视频源的不同的侧面，将想要实现全息投影的影像资料，用专业软件将3D 动画分成四个不同的侧面，然后进行帧同步影射四个侧面上面，四帧画面成十字形排列用于同步播放三维动画的四个侧面，这种技术也是目前最好实现，也是最为廉价的全息投影实现技术。

2矿山地质三维透明化的要求

地质构造的形成是地层在历史演化的过程中，不断形成和变化的，老的地层岩层或者构造会被新的地层或者构造所覆盖，矿山地质的主要任务是还原这些地层和构造的情况，用于分析矿山的变化情况，为生产做准备和技术支持，矿山地质授课过程中包括很多立体图形的分析，例如构造分析、断失煤层寻找等内容，由于是表土掩埋层以下的内容，不能够在地面直观的看到，并且需要分析相互之间的空间立体关系，在讲授的过程中，以往通常通过ppt课件展示和地质模型来介绍。

在利用地质模型进行授课讲解的过程中，能够还原地质体的表面三维情况，但是对于内部构造不能够清晰的展示出来，而且由于模型需要一定空间来存储，所以很多学校并没有完全匹配课程的全部地质模型，就有一些地质现象不能通过模型展示。

在利用ppt课件进行地质课程的讲解过程中，通过动画演示的方法，将地质体的形成过程及分析过程可以进行展示，但是仅限在平面上显示，学生通过单方向的观看不能够有身临其境的感觉，会降低观测者直观感受。

3全息立体投影技术在矿山地质中的应用

现代的教育不仅要求我们所教授的知识要与时俱进，同时也要求我们的教学手段要是较为先进的，能够吸引学生的注意力，学生喜欢的课程才能称为优秀的课程，基于这样的情况，根据全息投影的特点，可以从不同方位观看，并且可以使观看者有身临其境的感觉，这正是学生所喜欢的形式，也是能够更直观不同方位观测地层及构造的实现形式，非常适合于现代的矿山地质的教学中。

我们在矿山地质教学过程中，为了激发学生的参与感和节省教学经费，教师带动学生共同完成伪全息投影的教学设备的制作，通常我们会制作静态视频源，首先要拍摄底片，对于需要分析的地质构造进行拍摄，选择四个高度一致，相互垂直的方位，各拍摄一张照片，要求能够充分反映出各方位地质体的特点，然后进行精修，达到呈像要求，根基投影装置的尺寸计算，选择四个全等腰直角三角形，拼成正方形，找到对应位置防治底片，根据各个方位图片信息进行拼图，这种方法可用于制作教学某些结构复杂的构造，便于仔细观察每一面的具体细节，仿佛实物就在眼前。该方法简单易上手，但对拍摄图片的精度和质量要求很高，且仅适用于静态显示，具有一定的局限性。另一种就是动态视频源的制作，利用Maya软件设置动作场景，导出适宜使用的格式，在这个过程中由于技术含量稍高，可以让学生参与到动画制作的过程中，参与动画制作也是熟悉构造的一个过程，分析的越久，接触的越多学生对于所学的知识掌握也就越好，也实现了学生参与教学设计的过程，增强了学生的动手能力，让学生有参与感，提升了学生的学习兴趣。

4結束语

全息投影技术应用在矿山地质的教学中，不但可以全方位的展示地质构造的特点，使教学更加直观立体，还可以带动学生一起进行制作教学视频和照片，能够激发学生的学习兴趣，学生参与感越强，求知欲也就越强，在制作过程中对于地质体的不断研究也会让学生对于所学的知识掌握的更好，具有良好的效果。

参考文献：

[1]毕然.全息立体投影技术的应用[J].光源与照明. 2020（6）：38-40

[2]陈仲阳 徐柯.3D伪全息投影教辅设备的研制[J].科技创新与生产力.2021（9）：123-125

[3]孙福玉.全息投影技术的地质应用[J].科技创新与应用.2020（18）：195-196

课题来源：黑龙江省教育科学规划课题;

课题名称：《全息投影技术在矿山地质专业教学中的应用》。

作者简介：

姓名：李洪军，性别：女，出生年月：1983年3月，民族：汉族，学历：硕士研究生，职称：副教授，研究方向：矿山地质、资源勘查。